石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建最常用的固体润滑剂-石墨的基本单元,具有比石墨更低的摩擦系数,是一种新型的自润滑减磨涂层添加剂。

但石墨烯是纳米级单层结构的碳材料,质量较轻,陶瓷类碳化钨喷涂粉末质量大,如果将石墨烯直接添加到碳化钨喷涂粉末中,石墨烯在喷涂过程中会被高速焰流吹飞而损失,很难再涂层中保留石墨烯成分。另外,石墨烯比表面积较大,活性高,在与碳化钨喷涂粉末复合时容易团聚,很难保证在喷涂粉末中均匀混合,从而难以保证制备涂层具有自润滑耐磨特性。

为了解决上述问题,有学者使用石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的制备工艺,以得到石墨烯表面原位生长有碳化钨的自润滑耐磨添加剂。制备过程如下:

1、将一定量石墨粉加入到由浓H2SO4(12mL)、K2S2O8(2.5g)和P2O5(2.5g)组成的溶液中,在80℃下反应4.5 小时。随后冷却到室温,加入0.5 L去离子水。并在常温下干燥。将这种预氧化的石墨粉加入到150mL的浓H2SO4中,用冰水浴保持0℃环境,逐步加入15gKMnO4,并保持温度不超过20℃, 加完后在35℃下搅拌2小时。随后加入250mL去离子水搅拌2小时。随后加入0.7 L去离子水,再加入30 mL30%的H2O2,在常温下干燥,然后在透析袋中透析1周,除去杂离子。最后经过真空抽滤,并在常温下干燥获得氧化石墨烯。

2、称取1g氧化石墨烯,加入1000g无水乙醇,均匀搅拌混合,在加入50g去离子水进行混合,在超声分散仪中,选用10mm振幅杆,超声处理时间为30min,超声频率为10Hz,获得石墨烯分散的混合液,分别称取质量百分比为99%的偏钨酸铵和1%的羰基钨混合成含钨的前驱体混合物,称取1g含钨前驱体混合物加入到石墨烯分散溶液中,搅拌30min,搅拌过程中不断滴入无水乙醇,滴入量为18g,随后将得到的沉淀抽滤,在烘箱中加热70℃,烘干10min,将得到的干燥粉体,置于氧化铝坩埚中,在管式还原炉中通一定量H2,H2流量为l00sccm,以 5℃/min的升温速率,加热至700℃,保温时间为1h,最后通H2冷却至室温,获得石墨烯改性碳化钨的自润滑耐磨添加剂。

采用爆炸喷涂制备石墨烯改性涂层,抛光后涂层最终厚度为0.2 mm。试验参数为:磨损时间10min,频率30 Hz,位移幅值D为2 mm。制备碳化钨涂层平均摩擦系数为0.65,磨损失重为3.7mg。制备石墨烯改性 WC-Co涂层的平均摩擦系数为0.47,磨损失重为2.1mg。对比可以现,制备的石墨烯改性自润滑耐磨添加剂对碳化钨涂层起到较好的自润滑性能。通过石墨烯改性自润滑耐磨添加剂对碳化钨涂层起到减磨抗磨作用。

 

 

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